Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в автомобильных двигателях. Устройство содержит корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя, отвода на перепуск и радиатор с двумя клапанами, установленными внутри корпуса и закрепленными на штоке, связанном с блоком управления, вход которого соединен с датчиком температуры двигателя, а шток установлен в полости твердого наполнителя с возможностью взаимодействия с ним, твердый наполнитель связан с возможностью взаимодействия с термоэлектрическим охладителем-нагревателем, подсоединенным к выходу блока управления, дополнительно снабжено датчиком нагрузки, установленным на двигателе и связанным с блоком управления через элемент сравнения. Кроме этого, устройство дополнительно содержит термоэлектрический генератор, установленный на выхлопной трубе двигателя, горячие спаи которого размещены в выхлопной трубе двигателя, а холодные спаи связаны с системой охлаждения двигателя, а также термоэлектрический генератор связан с блоком питания термоэлектрического охладителя-нагревателя. Изобретение позволяет поддерживать оптимальный температурный режим на переменных нагрузках. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в автомобильных двигателях.

Известны термостаты, например, для двигателя внутреннего сгорания (патент СССР 361581, МПК F 01 Р 7/16, опубл. в бюл. 1/1973 г.). Термостат содержит клапан с заполненным термочувствительным веществом баллоном и расположенную внутри последнего цилиндрическую втулку, в отверстии которой размещены подвижный шток и эластичный уплотнительный элемент, контактирующий с веществом. С целью обеспечения герметичности баллона нижняя часть элемента выполнена расширяющейся.

Недостатком данного термостата является большая инерционность. При переходных режимах работы двигателя уменьшается качество регулирования температуры охлаждающей жидкости на всех режимах работы двигателя. Так, при повышении нагрузки двигателя за счет инерционности термостата жидкость продолжает охлаждать двигатель в режиме малой нагрузки, что снижает энергоэкологические характеристики двигателя.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является "Устройство для регулирования охлаждающей жидкости ДВС" (патент РФ 2165028, МПК F 01 Р 7/16, опубл. в бюл. 10/2001 г.). Устройство содержит корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя, отвода на перепуск и радиатор с двумя клапанами, установленными внутри корпуса и закрепленными на штоке, связанном с блоком управления, вход которого соединен с датчиком температуры двигателя, а шток установлен в полости твердого наполнителя с возможностью взаимодействия с ним, твердый наполнитель связан с возможностью взаимодействия с термоэлектрическим охладителем-нагревателем, подсоединенным к выходу блока управления Однако известное устройство имеет следующие недостатки: - регулирование производится только по отклонению температуры, поэтому при появлении возмущения теряется оперативность в принятии мер по выработке регулирующего воздействия на систему охлаждения, компенсирующего нежелательное влияние возмущающего воздействия на регулируемую температуру; - термоэлектрический охладитель-нагреватель во время работы потребляет бортовую электроэнергию автомобиля, что отрицательно может повлиять на работу других потребителей автомобиля.

Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства, обладающего высоким качеством процесса регулирования.

Техническим результатом, достигаемым при этом, является поддержание оптимального температурного режима на переменных нагрузках. Этот технический результат достигается тем, что известное устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя, отвода - на перепуск и радиатор с двумя клапанами, установленными внутри корпуса и закрепленными на штоке, связанном с блоком управления, вход которого соединен с датчиком температуры двигателя, а шток установлен в полости твердого наполнителя с возможностью взаимодействия с ним, твердый наполнитель связан с возможностью взаимодействия с термоэлектрическим охладителем-нагревателем, подсоединенным к выходу блока управления, дополнительно содержит датчик нагрузки, установленный на двигателе и связанный с блоком управления через элемент сравнения. Кроме того, на выхлопной трубе двигателя установлен термоэлектрический генератор, горячие спаи которого размещены в выхлопной трубе двигателя, а холодные спаи связаны с системой охлаждения двигателя, а также термоэлектрический генератор связан с блоком питания термоэлектрического охладителя-нагревателя.

На прилагаемом чертеже представлена схема устройства для регулирования температуры охлаждающей жидкости ДВС. Устройство содержит корпус 1 с патрубками 2 - для подвода охлаждающей жидкости из двигателя, 3 - для отвода охлаждающей жидкости на перепуск, 4 - для отвода охлаждающей жидкости на радиатор, твердый наполнитель (церезин, парафин, воск и др.) 5, термоэлектрический охладитель-нагреватель 6, шток 7 с клапанами 8 и 9, направляющую втулку 10, пружину 11, электрический датчик температуры 12, двигатель 13, датчик нагрузки 14, канал выхлопной трубы 15, термоэлектрический генератор 16, каналы охлаждающей жидкости 17, 18, блок питания 19, элемент сравнения 20 и блок управления 21.

Шток 7 взаимодействует с твердым наполнителем 5, во время работы при помощи клапанов распределяет охлаждающую жидкость по заданным патрубкам 3, 4. Термоэлектрический охладитель-нагреватель 6 установлен в корпусе 1 с возможностью взаимодействия с твердым наполнителем 5. При увеличении нагрузки "горячие" (холодные) спаи термоэлектрического охладителя-нагревателя 6 в результате конвективного теплообмена подогревают (охлаждают) твердый наполнитель 5, а "холодные" (горячие) спаи охлаждаются (нагреваются) охлаждающей жидкостью системы охлаждения.

Датчик температуры 12 устанавливается в корпусе устройства, и текущее значение температуры в виде электрического сигнала подается на элемент сравнения 20. На двигателе 13 установлен датчик нагрузки 14, текущее значение в виде электрического сигнала подается на элемент сравнения 20. На выхлопной трубе 15 установлен термоэлектрический генератор 16, горячие спаи которого размещены в выхлопной трубе, а холодные спаи охлаждаются жидкостью системы охлаждения. Электроэнергия, выработанная термоэлектрическим генератором, подается в блок питания 19. Элемент сравнения 20 принимает сигналы от датчика температуры 12 и датчика нагрузки 14, после обработки сигнал рассогласования ε поступает на блок управления 21.

Блок управления 21 вырабатывает сигнал, параметры которого пропорциональны сигналу рассогласования ε, и управляет термоэлектрическим охладителем-нагревателем 6, который, подогревая (охлаждая) твердый наполнитель 5, приводит в рабочее движение шток 7 с клапанами 8, 9, и происходит распределение охлаждающей жидкости на перепуск или на радиатор. При этом по команде блока управления 21 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости двигателя, например при Т_охл.ж.≤80^oС, термоэлектрический охладитель-нагреватель взаимодействует с твердым наполнителем 5 как охладитель и клапан 8 на радиатор держит в закрытом состоянии. При Т_охл.ж.≥80^oС термоэлектрический охладитель-нагреватель 6 взаимодействует с твердым наполнителем 5 как нагреватель, в результате чего патрубок 4 на радиатор открывается, а патрубок 3 на перепуск закрывается.

Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости ДВС работает следующим образом.

После запуска двигателя устройство начинает работать. При этом: - если температура охлаждающей воды в системе охлаждения, например Т_охл.ж.≤80^oС, под действием пружины 11 клапан 8 закрывается и весь поток охлаждающей жидкости по патрубку 3 направляется на перепуск в двигатель 13. Кроме того, датчики температуры 12 и нагрузки 14 через элемент сравнения 20 подают сигнал рассогласования ε на блок управления 21, который включает термоэлектрический охладитель-нагреватель 6 на "охлаждение". Тогда холодные спаи термоэлектрического охладителя 6 охлаждают твердый наполнитель 5, и предотвращается открытие клапана 8. Горячие спаи термоэлектрического охладителя 6 охлаждаются жидкостью системы охлаждения, а охлаждающая жидкость подогревается горячими спаями, и происходит быстрый прогрев двигателя.

Одновременно начинает работать термоэлектрический генератор 16. При этом на горячих спаях поглощается тепло от выхлопных газов, а с холодной стороны отводится тепло охлаждающей жидкостью системы охлаждения (каналы 17, 18) за вычетом электроэнергии, полученной на внешней нагрузке. На внешней нагрузке термоэлектрический генератор 16 создает напряжение, равное термо э.д.с., за вычетом падения напряжения и внутреннего сопротивления, электроэнергия подается в блок управления 19 и используется для работы термоэлектрического охладителя-нагревателя 6; - если температура охлаждающей жидкости Т_охл.ж.≥80^oС, для ускорения закрытия клапана 9 и открытия клапана 8 при помощи сигналов, полученных от датчиков температуры 12 и нагрузки 14, элемент сравнения 20 вырабатывает сигнал рассогласования ε, поступающий в блок управления 21, который, выполнив реверс, подает сигнал, пропорциональный изменению температуры на термоэлектрический охладитель-нагреватель 6. При этом горячая сторона термоэлемента нагревает твердый наполнитель 5, в результате чего он расширяется, переходя из твердой фазы в жидкую. В результате расширения твердый наполнитель 5 воздействует на шток 7, вследствие этого он с клапанами 8, 9 начинает перемещаться, преодолевая усилие пружины 11. При этом патрубок 3 открывается, а патрубок 4 закрывается, и происходит регулирование температуры по заданному закону.

Регулирование с компенсацией возмущений предусматривает измерение возмущающего воздействия с целью формирования такого сигнала, который, будучи подан на элемент сравнения 20, компенсирует действие возмущений. Регулирование по возмущению сочетаем с регулированием по отклонению температуры охлаждающей жидкости двигателя. Таким образом, сигнал комбинированного регулирования, формирующийся на выходе блока управления 21, зависит от отклонений как регулируемой температуры, так и текущего изменения нагрузки и в связи с этим позволяет повысить качество регулирования температурного режима на всех режимах работы двигателя, увеличивая его энергоэкологические показатели.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с патрубками подвода охлаждающей жидкости из двигателя, отвода на перепуск и радиатор с двумя клапанами, установленными внутри корпуса и закрепленными на штоке, связанном с блоком управления, вход которого соединен с датчиком температуры двигателя, а шток установлен в полости твердого наполнителя с возможностью взаимодействия с ним, твердый наполнитель связан с возможностью взаимодействия с термоэлектрическим охладителем-нагревателем, подсоединенным к выходу блока управления, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик нагрузки, установленный на двигателе и связанный с блоком управления через элемент сравнения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит термоэлектрический генератор, установленный на выхлопной трубе двигателя, горячие спаи которого размещены в выхлопной трубе двигателя, а холодные спаи связаны с системой охлаждения двигателя, а также термоэлектрический генератор связан с блоком питания термоэлектрического охладителя-нагревателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1